基于偏振纠缠贝尔对的双光子纠缠光光谱学（BELS）：一种探测材料光学性质的量子光谱新方法

《Scientific Reports》：Development of biphoton entangled light spectroscopy (BELS) using Bell pairs

　　

摘要

我们介绍了双光子纠缠光光谱学（BELS），这是一种利用偏振纠缠贝尔对和双光子干涉来探测材料性质的量子光谱技术。在BELS中，测量信号并非来自单光子强度，而是来自贝尔对穿过或散射样品后的联合偏振和路径关联变化，并通过交叉通道符合计数进行分析。BELS的核心概念是Jones矩阵操作与贝尔态流形内变换之间的显式映射。在经典偏振光学中等价的元件，当用纠缠光子探测时，可能在对消空间产生本质不同的特征。我们证明，线性双折射和法拉第旋转会产生正交的贝尔态混合，从而在单次测量中产生可区分的对消通道。我们测量了各向异性电介质中的双折射和Tb₃Ga₅O₁₂中的法拉第旋转。通过将变化映射到光子纠缠，BELS建立了未来纠缠增强光谱的新框架——这是一种强大的方法，可用于表征量子材料、纳米光子器件以及光-物质相互作用，或许最终能在根本的量子层面上进行探测。